高速公路加寬工程路基拼寬病害成因及處治方式

伊力扎提·伊力哈木

(新疆交建公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司 烏魯木齊市 830000)

0 引言

隨著高速公路通行能力的需求不斷擴(kuò)增，我國(guó)早期建設(shè)的高速公路通行服務(wù)能力難以滿足實(shí)際需求[1]。我國(guó)自廣佛高速公路開(kāi)啟改擴(kuò)建進(jìn)程，逐步積累了一定的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。但是改擴(kuò)建工程比較繁瑣，現(xiàn)場(chǎng)變化大，因此改擴(kuò)建設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)既有高速公路的基本情況進(jìn)行充分了解，為改擴(kuò)建項(xiàng)目提供工程實(shí)效數(shù)據(jù)[2-3]。當(dāng)前，已完成改擴(kuò)建且運(yùn)營(yíng)中的高速公路路基出現(xiàn)了一些典型病害，主要包括新加寬路基失穩(wěn)、縱向拼寬裂縫，存在此類(lèi)病害的部分路段對(duì)高速公路的正常運(yùn)營(yíng)造成了困擾[4-6]。為了盡可能地避免質(zhì)量通病的出現(xiàn)或盡量降低通病出現(xiàn)的概率，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)典型病害出現(xiàn)的原因、破壞機(jī)理以及施工中前期處治方法進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)于提高高速公路改擴(kuò)建質(zhì)量、保障高速公路通行安全、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本具有重要意義。

1 高速公路加寬工程路基拼寬特點(diǎn)

加寬工程路基拼寬部分的主要特點(diǎn)是新舊路基部分沉降差存在極大的差異，包括縱向搭接以及與構(gòu)造物的橫向搭接[7]。拼寬路基的這一特點(diǎn)也是工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中最難以進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督的部分，是工程設(shè)計(jì)、施工中的難點(diǎn)與重點(diǎn)問(wèn)題。

2 高速公路加寬工程路基拼寬典型病害

2.1 拼寬裂縫

拼寬裂縫主要包括縱向搭接以及與構(gòu)造物的橫向搭接，是改擴(kuò)建工程中最普遍的病害，以開(kāi)裂的形式表現(xiàn)在路面結(jié)構(gòu)層。對(duì)于縱向裂縫主要是由于新舊路基的不均勻沉降造成搭接處的應(yīng)力集中，加之土體的橫向位移，逐漸開(kāi)裂反映到路面上，產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。對(duì)于橫向開(kāi)裂主要發(fā)生在新路基與新拼寬橋臺(tái)等構(gòu)造物的搭接處，主要是由于剛性與柔性結(jié)合面的應(yīng)力突變不一致、下沉速率不一致造成的。

2.2 新路基失穩(wěn)

新路基失穩(wěn)病害主要發(fā)生在軟土、陡坡和高填方路段。主要表現(xiàn)形式有兩種，一種是新舊路基拼接處的錯(cuò)位，一種是拼寬部分整體性的坍塌。對(duì)于第一種易造成路面水的浸入[8]，加速土體強(qiáng)度的下降，是整體坍塌的潛在因素。第二種坍塌會(huì)對(duì)舊路基產(chǎn)生一定的沖擊力，造成路基的整體穩(wěn)定性不足，是整體路基垮塌的潛在因素。同時(shí)，原路基下的地質(zhì)水文、沉降與固結(jié)狀態(tài)也是影響路基失穩(wěn)的主要因素之一。

3 病害形成的原因

高速公路加寬工程路基病害的發(fā)生主要集中在三個(gè)位置，即既有路基部分、加寬路基部分以及新舊結(jié)合帶。三個(gè)位置的建設(shè)條件、設(shè)計(jì)方法和施工條件與特點(diǎn)不盡相同，但使用過(guò)程中確息息相關(guān)，密切相連。

3.1 既有路基因素

(1)在路基拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，重要的參考指標(biāo)是既有道路的彎沉值，因此要保證拼寬后道路路基的整體穩(wěn)定性，原有路基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是重要的先期因素。

(2)既有路基的既有病害是影響路基穩(wěn)定性的重要因素，如沉陷、脫空等病害必須在路基拼寬前進(jìn)行處治。

(3)既有路基本身處于不良地質(zhì)路段也未經(jīng)處治，雖未發(fā)生滑塌、沉陷等病害，但存在發(fā)生路基失穩(wěn)的可能性，對(duì)于這一類(lèi)路基應(yīng)查明地質(zhì)資料，論證是否需要進(jìn)行前期處治，避免后期失穩(wěn)情況發(fā)生。

3.2 加寬路基因素

(1)加寬路基的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與既有路基在同一層位的強(qiáng)度不一致，是發(fā)生路基不均勻沉降的最根本原因。然而，同一層位不同建設(shè)時(shí)間的路基強(qiáng)度難以達(dá)成一致，在無(wú)法達(dá)到一致的情況下，應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的差異率降低。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)逐層設(shè)計(jì)，按不同層位制定彎沉值、新舊路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相互復(fù)核，盡量做到同一層位、新舊路基的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(2)填料的選擇和壓實(shí)設(shè)備的使用是路基壓實(shí)度的重要影響因素。在設(shè)計(jì)要求和施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制填料的選擇，在填料質(zhì)量難以保證的情況下，應(yīng)通過(guò)物理或化學(xué)方法對(duì)土體質(zhì)量進(jìn)行改善。壓實(shí)設(shè)備的選擇與壓實(shí)方法的確定對(duì)壓實(shí)度有重要影響，但由于氣候條件、填料特性等不同，對(duì)壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)方法的要求不盡相同，因此在施工中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)論證選擇適當(dāng)?shù)膲簩?shí)設(shè)備和壓實(shí)方法，不可一概而論。

3.3 新舊結(jié)合帶因素

(1)根據(jù)我國(guó)的拼寬實(shí)例效果來(lái)看，拼寬位置多為緊急停車(chē)帶位置，具體位置要求不盡相同。但無(wú)論位于緊急停車(chē)帶何處，緊急停車(chē)帶的強(qiáng)度都尤為重要，這對(duì)于路基路面的質(zhì)量影響較大。同時(shí)，具體開(kāi)挖位置的選擇也是拼寬路基是否會(huì)發(fā)生滑塌、傾斜的重要指標(biāo)，這一因素的確定主要根據(jù)地質(zhì)條件、拼寬寬度以及高度、填料質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)度結(jié)構(gòu)驗(yàn)算確定。

(2)開(kāi)挖位置選擇后，在施工中，搭接起始位置是工程項(xiàng)目的最薄弱點(diǎn)、病害聚集點(diǎn)，同時(shí)壓路機(jī)也難以實(shí)現(xiàn)最大限度的壓實(shí)，當(dāng)發(fā)生病害時(shí)該位置也是破損的最薄弱點(diǎn)。因此在施工中，應(yīng)嚴(yán)格要求，加強(qiáng)該位置的壓實(shí)，必要時(shí)輔以小型機(jī)具、人工反復(fù)的方式。

4 加寬路基病害預(yù)處治方式

減少發(fā)生路基不均勻沉降、加強(qiáng)防側(cè)滑措施等是降低路基產(chǎn)生開(kāi)裂、路基失穩(wěn)等病害發(fā)生的重要舉措。設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)論證，施工中提高過(guò)程管控。

(1)加強(qiáng)不良路基處治

不良路基發(fā)生沉降是路基沉降病害中最為常見(jiàn)的，特別是軟土路段。擴(kuò)建過(guò)程中，必須對(duì)新拼寬路段的軟土路基進(jìn)行處治，包括雜物等不可就地掩埋，同時(shí)應(yīng)通過(guò)換填、壓樁等方式對(duì)軟土路基段進(jìn)行前期沉降。

(2)嚴(yán)控填料質(zhì)量與壓實(shí)度

填料的好壞直接決定路基填筑質(zhì)量，選擇泡沫輕質(zhì)土、粉煤灰等材料填筑路基高、承載力差的路段，對(duì)于一般路段選擇結(jié)合料改良土體、碎石土等材料。

除材料選擇外，壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)方法的選擇也是影響壓實(shí)度的一個(gè)重要因素。壓實(shí)設(shè)備和壓實(shí)方法的選擇應(yīng)根據(jù)氣候特點(diǎn)、填料特性等合理選擇。對(duì)于開(kāi)挖面等薄弱點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)壓實(shí)質(zhì)量控制，同時(shí)盡量減少短路基的設(shè)置，避免無(wú)法壓實(shí)情況的出現(xiàn)。

(3)加強(qiáng)路基防滑措施

對(duì)于特殊路段，既有路基發(fā)生沉降、側(cè)滑等病害，但由于位置特殊、工程造價(jià)等原因無(wú)法全部拆除重建，拼寬后新建部分的地基容許承載力與實(shí)際不符，直接造成路基發(fā)生沉降、側(cè)滑等病害的發(fā)生。為了避免這一類(lèi)病害的發(fā)生，設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)側(cè)立面的約束設(shè)置，如設(shè)置擋土墻等設(shè)施。

(4)強(qiáng)化結(jié)合處處理

新舊路基搭接處是工程項(xiàng)目的薄弱點(diǎn)，除了對(duì)開(kāi)挖臺(tái)階加強(qiáng)質(zhì)量控制外，還應(yīng)對(duì)結(jié)合面的自然開(kāi)裂進(jìn)行處治。當(dāng)前，最普遍、有效的方式是采用土工合成材料鋪筑在新舊路基搭接位置，可以減少新舊路基不均勻沉降和側(cè)向位移造成拼接位置開(kāi)裂。

5 結(jié)論

(1)結(jié)合高速公路加寬工程路基拼寬的特點(diǎn)，對(duì)拼寬裂縫、新路基失穩(wěn)等典型病害進(jìn)行總結(jié)，分析了這兩類(lèi)病害產(chǎn)生的原因。

(2)總結(jié)了高速公路拼寬路基病害形成的原因，主要包括三個(gè)方面，即既有路基因素、加寬路基因素以及新舊結(jié)合帶因素。盡管三個(gè)部位在建設(shè)條件、設(shè)計(jì)方法和施工條件與特點(diǎn)上不盡相同，但使用過(guò)程中息息相關(guān)、密切相連。

(3)針對(duì)拼寬路基病害形成的原因，提出了加寬路基的預(yù)處治方式，包括加強(qiáng)不良路基處治、嚴(yán)控填料質(zhì)量與壓實(shí)度、加強(qiáng)路基防滑措施與強(qiáng)化結(jié)合處處理等。